CN104457731A - 一种双轴光纤陀螺仪 - Google Patents
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Abstract
本发明的双轴光纤陀螺仪，包括壳体以及设置在壳体内的光源、Y轴光纤陀螺敏感环、Z轴光纤陀螺敏感环、Y轴敏感环相位调制器和Z轴敏感环相位调制器；光源发出的光经Y轴敏感环相位调制器传播到Y轴光纤陀螺敏感环，光源发出的光还经Z轴敏感环相位调制器传播到Z轴光纤陀螺敏感环；Y轴光纤陀螺敏感环和Z轴光纤陀螺敏感环安装基准面不平行。本发明的双轴光纤陀螺仪不但体积小、重量轻，而且结构一体化。
Description
技术领域
本发明属于陀螺仪技术领域，涉及一种光纤陀螺仪，尤其是一种双轴光纤陀螺仪。
背景技术
光纤陀螺作为激光陀螺之后应用Sagnac效应的第二代光学陀螺。自1976年Vail V和Shortill R W提出光纤陀螺的概念以来，光纤陀螺得到了极大的发展。角速度的测量精度从最初的低精度15°/h到现在的高精度0.001°/h的量级，已经成为精度范围覆盖最为全面的惯性传感器，并且广泛应用于汽车导航、油井测斜、机器人姿态控制、工程检测、稳定平台等各种领域。目前光纤陀螺从结构上大体有单轴和多轴之分，随着光纤陀螺技术的不断发展，多轴光纤陀螺受到了广泛关注。在油井测斜等特殊的应用领域需要测量两个或三个方向的信息，简单的采取单轴光纤陀螺进行组合，其体积大，重量重，无法达到系统的使用要求，严重制约了光纤陀螺发展。
因此本发明提供了一种体积小，重量轻结构一体化双轴光纤陀螺仪。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双轴光纤陀螺仪，其不但体积小、重量轻，而且结构一体化。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的双轴光纤陀螺仪，包括壳体以及设置在壳体内的光源、Y轴光纤陀螺敏感环、Z轴光纤陀螺敏感环、Y轴敏感环相位调制器和Z轴敏感环相位调制器；所述光源发出的光经Y轴敏感环相位调制器传播到Y轴光纤陀螺敏感环，光源发出的光还经Z轴敏感环相位调制器传播到Z轴光纤陀螺敏感环；所述Y轴光纤陀螺敏感环和Z轴光纤陀螺敏感环安装基准面不平行；
所述Y轴敏感环相位调制器安装在Y轴光纤陀螺敏感环上，Z轴敏感环相位调制器安装在Z轴光纤陀螺敏感环上，或者：
所述Z轴敏感环相位调制器安装在Y轴光纤陀螺敏感环上，Y轴敏感环相位调制器安装在Z轴光纤陀螺敏感环上。
进一步，上述Y轴光纤陀螺敏感环和Z轴光纤陀螺敏感环安装基准面互相垂直。
上述壳体是由法兰盘底座、侧盖和上盖组成盒体结构；
进一步，其中所述法兰底座是一个一次成型的结构件，包含法兰盘底座底部以及设置在法兰盘底座底部上的第一侧壁和第二侧壁。
进一步，上述Y轴光纤陀螺敏感环安装在法兰盘底座的第一侧壁上；Z轴光纤陀螺敏感环安装在法兰盘底座的第二侧壁上，第一侧壁和第二侧壁为垂直关系。
进一步，上述Y轴敏感环相位调制器和Z轴敏感环相位调制器是Y波导或直波导。
进一步，上述光源安装在法兰盘底座的底部。
进一步，本发明还包括电路部分，所述电路部分包括温控驱动板和主控电路板。
进一步，上述温控驱动板固定在法兰盘底座的法兰盘底座底部，主控电路板固定在法兰盘底座上。
进一步，上述法兰盘底座底部上设有加强筋。
本发明具有以下有益效果：
本发明中因光纤陀螺广泛应用于汽车导航、油井测斜、姿态控制、稳定平台等各种特殊领域，需要测量两个或者三个方向信息，设计简单的单个陀螺进行系统组合，其体积大，重量重。本发明在满足同等精度的要求下，通过结构一体化优化布局和设计实现了小型化光纤陀螺仪设计，有效地减小了双轴光纤陀螺仪的体积和重量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明部件装配结构示意图；
图3是本发明敏感环与相位调制器装配位置示意图；
图4是本发明法兰盘底座结构示意图；
图5是本发明侧盖结构示意图；
图6是本发明上盖结构示意图；
图7是本发明一种单光源光纤光路实施方案示意图；
图8是本发明一种双光源光纤光路实施方案示意图。
其中：1-法兰盘底座；2-侧盖；3-上盖；4-第一侧壁；5-第二侧壁；6-Y轴光纤陀螺敏感环；7-Z轴光纤陀螺敏感环；8-Y轴敏感环相位调制器；9-Z轴敏感环相位调制器；10-光源；11-温控驱动板；12-主控电路板；13-法兰盘底座底部；14-加强筋；15-第一光源16-第二光源17-第一探测器18-第二探测器19-第一耦合器20-第二耦合器21-第三耦合器。
具体实施方式
本发明的双轴光纤陀螺仪，包括壳体以及设置在壳体内的光源10、Y轴光纤陀螺敏感环6、Z轴光纤陀螺敏感环7、Y轴敏感环相位调制器8和Z轴敏感环相位调制器9；所述光源10发出的光经Y轴敏感环相位调制器8传播到Y轴光纤陀螺敏感环6，光源10发出的光还经Z轴敏感环相位调制器9传播到Z轴光纤陀螺敏感环7；所述Y轴光纤陀螺敏感环6和Z轴光纤陀螺敏感环7安装基准面不平行，需要有一定角度。
本发明的Y轴敏感环相位调制器8、Y轴光纤陀螺敏感环6、Z轴敏感环相位调制器9以及Z轴光纤陀螺敏感环7之间的安装关系有两种方案：
方案一：
Y轴敏感环相位调制器8安装在Y轴光纤陀螺敏感环6上，Z轴敏感环相位调制器9安装在Z轴光纤陀螺敏感环7上。
方案二：
Z轴敏感环相位调制器9安装在Y轴光纤陀螺敏感环6上，Y轴敏感环相位调制器8安装在Z轴光纤陀螺敏感环7上。
参见图2，本发明的壳体是由法兰盘底座1、侧盖2和上盖3组成盒体结构；其中法兰底座1由法兰盘底座底部13以及设置在法兰盘底座底部13上的第一侧壁4和第二侧壁5组成。
以上Y轴光纤陀螺敏感环6和Z轴光纤陀螺敏感环7安装在法兰盘底座1的侧壁上，Y轴光纤陀螺敏感环6和Z轴光纤陀螺敏感环7的安装基准面不平行。Y轴敏感环相位调制器8和Z轴敏感环相位调制器9是Y波导或直波导。光源10安装在法兰盘底座1的底部。上述温控驱动板11安装在法兰盘底座底部13上。
本发明的双轴光纤陀螺仪还包括电路部分，所述电路部分包括温控驱动板11和主控电路板12。温控驱动板11固定在法兰盘底座1的法兰盘底座底部13，主控电路板12固定在法兰盘底座1上。
温控驱动板为光源提供恒定的驱动电流和高控制精度的温控电路，使发光管管芯处于稳定的工作状态，保证输出的光功率稳定、降低噪声和减小漂移。
主控电路板采集探测器输出并给出陀螺的输出信号和陀螺闭环控制信号。具体过程为，采集探测器的输出值，经过调理电路后，输出给A/D转换器，将其转成数字信号并在数字逻辑电路内由数字解调器解调获得闭环补偿后的相位误差信号，该信号经过数字积分后一部分作为陀螺输出信号，另一部分作为闭环反馈的输入信号输出给Y轴敏感环相位调制器和Z轴敏感环相位调制器。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本实施例提供一种体积小、重量轻、结构一体化双轴光纤陀螺仪。它由光源10、Y轴光纤陀螺敏感环6、Z轴光纤陀螺敏感环7、Y轴敏感环相位调制器8、Z轴敏感环相位调制器9和法兰盘底座13、侧盖2、上盖3、温控驱动板11、主控电路板12组成。
参见图2，图3，Y轴光纤陀螺敏感环6通过螺纹孔安装在法兰盘底座1的侧壁4上；Z轴光纤陀螺敏感环7通过螺纹孔安装在法兰盘底座1的侧壁5上；Y轴光纤陀螺敏感环6和Z轴光纤陀螺敏感环7可以同时对两个方向运动轨迹进行测量，Y轴光纤陀螺敏感环6的安装面侧壁4与Z轴光纤陀螺敏感环7的安装面侧壁5相互垂直。
参见图2，图3，Y轴敏感环相位调制器8通过螺纹孔安装在Y轴光纤陀螺敏感环6上；Y轴敏感环相位调制器9通过螺纹孔安装在Z轴光纤陀螺敏感环7上。
参见图2，光源10固定在法兰盘底座1的底部13，从而光源的热量能够迅速通过热传导传至安装基座上，减少了陀螺高温工作时温控电路的热功耗。温控驱动板11固定在法兰盘底座1的底部13。
图4中法兰盘底座1的底部13设有加强筋14，提高可靠性。图5中对法兰盘底座内的各个部件进行保护。图6中对整个系统进行密封保护。
参见图7，一种单光源光纤光路实施方案。光源发出的光经过第一耦合器分为两束，其中一束经过第二耦合器再次分为两束光，一束废弃，另一束进入Y轴敏感环相位调制器再次分为两束光沿相反方向进入Y轴光纤陀螺敏感环相向传播，并在再次回到Y轴敏感环相位调制器时发生干涉，该干涉光波经过第二耦合器进入第一探测器被检测；光源发出的光经过第一耦合器分出的两束光中第二束经过第三耦合器再次分为两束光，一束废弃，另一束进入Z轴敏感环相位调制器再次分为两束光沿相反方向进入Z轴光纤陀螺敏感环相向传播，并在再次回到Z轴敏感环相位调制器时发生干涉，该干涉光波经过第三耦合器进入第二探测器被检测。
参见图8，另一种双光源光纤光路实施方案。图A为Y轴光纤光路示意图。第一光源15发出的光经过第一耦合器分为两束，一束废弃，另一束进入Y轴敏感环相位调制器再次分为两束光沿相反方向进入Y轴光纤陀螺敏感环相向传播，并在再次回到Y轴敏感环相位调制器时发生干涉，该干涉光波经过第一耦合器进入第一探测器被检测。图B为Z轴光纤光路示意图。第二光源16发出的光经过第二耦合器分出的两束光，一束废弃，另一束进入Z轴敏感环相位调制器再次分为两束光沿相反方向进入Z轴光纤陀螺敏感环相向传播，并在再次回到Z轴敏感环相位调制器时发生干涉，该干涉光波经过第二耦合器进入第二探测器被检测。
Claims (10)
1.一种双轴光纤陀螺仪，其特征在于，包括壳体以及设置在壳体内的光源(10)、Y轴光纤陀螺敏感环(6)、Z轴光纤陀螺敏感环(7)、Y轴敏感环相位调制器(8)和Z轴敏感环相位调制器(9)；所述光源(10)发出的光经Y轴敏感环相位调制器(8)传播到Y轴光纤陀螺敏感环(6)，光源(10)发出的光还经Z轴敏感环相位调制器(9)传播到Z轴光纤陀螺敏感环(7)；所述Y轴光纤陀螺敏感环(6)和Z轴光纤陀螺敏感环(7)安装基准面不平行；
所述Y轴敏感环相位调制器(8)安装在Y轴光纤陀螺敏感环(6)上，Z轴敏感环相位调制器(9)安装在Z轴光纤陀螺敏感环(7)上，或者：
所述Z轴敏感环相位调制器(9)安装在Y轴光纤陀螺敏感环(6)上，Y轴敏感环相位调制器(8)安装在Z轴光纤陀螺敏感环(7)上。
2.根据权利要求1所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述Y轴光纤陀螺敏感环(6)和Z轴光纤陀螺敏感环(7)安装基准面互相垂直。
3.根据权利要求1所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述壳体是由法兰盘底座(1)、侧盖(2)和上盖(3)组成盒体结构。
4.根据权利要求3所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，其中所述法兰底座(1)是一个一次成型的结构件，包含法兰盘底座底部(13)以及设置在法兰盘底座底部(13)上的第一侧壁(4)和第二侧壁(5)。
5.根据权利要求4所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，Y轴光纤陀螺敏感环(6)安装在法兰盘底座(1)的第一侧壁(4)上；Z轴光纤陀螺敏感环(7)安装在法兰盘底座(1)的第二侧壁(5)上。
6.根据权利要求1所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述Y轴敏 感环相位调制器(8)和Z轴敏感环相位调制器(9)是Y波导或直波导。
7.根据权利要求4所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述光源(10)安装在法兰盘底座(1)的底部。
8.根据权利要求1所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，还包括电路部分，所述电路部分包括温控驱动板(11)和主控电路板(12)。
9.据权利要求4或8所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述温控驱动板(11)固定在法兰盘底座(1)的法兰盘底座底部(13)，主控电路板(12)固定在法兰盘底座(1)上。
10.根据权利要求4所述的双轴光纤陀螺仪，其特征在于，所述法兰盘底座底部(13)上设有加强筋(14)。
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